Диссертация (1095047), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Размер электродоввыбирается из расчета обеспечения плотности тока в интервале 1500-1800 А/м2. Сила токаподбирается из условия обеспечения запланированного количества хлора в час (до 1040 г/ч) иэнергопотребления не более 3,0 кВтч/кг продукта с учетом планируемого выхода по току.На станциях обеззараживания воды всегда имеется резервный хлоратор, на которыйпереключается техпроцесс на время ремонта или технологического обслуживания первогохлоратора (переключение показано на технологической схеме).
Экспериментальный ферраторвсегда запитан от работающего хлоратора.В модуле для производства ферратов под действием постоянного тока в процессеэлектролиза вырабатывается феррат натрия (Na2FeO4) из полученного в первом электролизерегидроксида натрия (NaOH) и железосодержащего расходуемого электрода.В емкость Б2 из хлоратора поступает раствор NaOH с концентрацией ~20%. Из емкостиБ2 щелочной раствор при температуре 20…25С подается на вход насоса Н2.2, который подаетщелочной раствор в каждую катодную камеру ферратора. Активный объем анодных и катодныхкамер ферратора равен 5х50х40=10000 см3 или 10 л. Для получения расчетного количества76феррата (417 г/ч) при средней концентрации феррата в растворе 4,17 г/л и объеме 5-ти анодныхкамер 50 л c периодом прокачки 20% раствора NaOH 0,5 ч необходимо подавать его 100 л/ч(122 кг/ч).
Данный объем раствора щелочи подается в катодные камеры и оттуда посленезначительного повышения концентрации щелочи за счет рециркуляции подается на входнасоса Н2.1, а отуда в анодные камеры. Из этих 122 кг/ч 5,86 кг/ч производятся в модуле попроизводству анолита, а 116,14 кг/ч получается путем разбавления 23,22 кг твердой фракцииедкого натра в 92,92 кг воды в час. В ферраторе при температуре 20…35С из анодных камерионы Na+ (625 г) и вода (1467 г) через катионообменную мембрану попадают в катоднуюкамеру, где незначительно повышается концентрация щелочи.
В анодных камерах поддействием электрического тока происходит разрушение анодов и образование феррата(Na2FeO4). Для протекания реакции на электроды электролизера Э2 подается постоянный токвеличиной до 750 А при напряжении до 3,4 В. Из анолита выделяется газообразный кислород(50,2 г) с парами воды (2,3 г), который выводится из в верхней части анодной камеры потрубопроводу кислорода за пределы здания. Произведенный раствор феррата отбирается изверхнего слоя в анодных камерах и через датчик конценрации феррата в растворе сливается вемкость Б3. Количество феррата в производимой смеси составляет до 417 г/ч.
Из католитавыделяется газообразный водород (26 г) с парами воды (13,8 г), который выводится из верхнейчасти анодных камер через трубопровод для вывода Н2 из здания в соответствии с балансоммасс [128]. Расход железа на производство феррата составляет 261 г/ч. Это соответствует 33,1см3 или 0,02 мм в час для выбранной площади анода (1500 см2). Суточный расход анодасоставит примерно 0,53 мм.Основными управляемыми параметрами процесса получения ферратов выбранынапряжение, сила тока, плотность тока, температура, время обработки, производительность,энергопотребление.В зависимости от расстояния между электродами изменяется напряжение наэлектролизной ячейке, которое по имеющимся данным должно находиться в интервале 3,0-3,4В.
Размер электродов выбирается из расчета обеспечения плотности тока до 500 А/м 2. Силатока подбирается из условия обеспечения запланированного количества феррата в час (до 417г/ч) и энергопотребления не более 6 кВтч/кг продукта с учетом планируемого выхода по току.3.1.2 Принципиальная схема КЭАПринципиальная схема КЭА, включающая хлоратор (основной и резервный), ферратор иСАУ установки, приведена на рисунке 3.2.77На станциях обеззараживания воды всегда имеется резервный хлоратор, на которыйпереключается техпроцесс на время ремонта или технологического обслуживания основногохлоратора (переключение показано на технологической схеме).
Экспериментальный ферраторвсегда запитан от работающего хлоратора.Хлоратор предназначен для осуществления процесса электрохимического разложенияповаренной соли с получением в качестве дезинфицирующего агента анолита, содержащегогазообразный хлор (Cl2), идущий для хлорирования воды, и побочные продукты электролиза –каустическую соду (NaOH) и газообразный водород. Состав устройств, входящих в хлораторприведен в таблице 3.1, а их функциональные взаимосвязи приведены на рисунке 3.2.Холодная вода из городской сети водоснабжения поступает в емкость Б1. Когда уровеньсоли в емкости Б1 доходит до минимальной отметки, через открытую крышку соль вручнуюзасыпается до максимальной отметки. Прохождение воды через слой соли на дне емкости даетнасыщенный раствор соли с концентрацией NaCl не менее 300-330 г/л. Из емкости Б1насыщенный солевой раствор поступает на вход насоса Н1.1, который подает его в аноднуюкамеру электролизера.Холодная вода также поступает на вход насоса Н1.2, который подает ее в катоднуюкамеру электролизера.
В хлораторе при температуре до 60оС из анодной камеры ионы Na+ черезкатионообменную мембрану попадают в катодную камеру, где вырабатывается раствор щелочиNaОН с концентрацией до 20%. В анодной камере вырабатывается анолит, содержащийактивный хлор и соединения хлора. Для протекания реакции на электроды электролизераподается постоянный ток до 960 А при напряжении до 3,4 В. Из электролизера горячий анолити католит поднимаются соответственно в сепараторы С1.1 и С1.2. В сепараторе С1.1происходит всасывание через эжектор ЭЖ верхнего слоя анолита, содержащего наибольшееколичество хлора, в систему транспортировки питьевых или сточных вод для ихобеззараживания. Для процесса всасывания в сепаратор С1.1 через вакуумпрерыватель ВПподается атмосферный воздух.
Также из сепаратора С1.1 идет неуправляемая рециркуляцияанолита в анодную камеру электролизера. В сепараторе С1.2 из католита выделяетсягазообразный водород и удаляется через трубопровод для вывода H2 из здания. Католит,состоящий из раствора щелочи с концентрацией до 20%, подается в модуль ферратора вкаждую камеру. Также из сепаратора С1.2 идет неуправляемая рециркуляция католита вкатодную камеру электролизера.78Рисунок 3.2 – Принципиальная схема установки-прототипа79Таблица 3.1 – Состав устройств, входящих в хлораторОбозначениеУУЭ1Б0Б1С1.1С1.2ИП1Н1.1Н1.2З1ЭЖВПД1.1Д1.2Д1.3Д1.4.1Д1.4.2Д1.5.1Д1.5.2Д1.6.1Д1.6.2Д1.7.1Д1.7.2Д3Д4Д5НаименованиеУстройство управленияХлорный электролизерЕмкость с водой H2OЕмкость с раствором NaClАнодный сепаратор хлоратораКатодный сепаратор хлоратораИсточник питания хлоратораНасос для подачи анолита в хлораторНасос для подачи католита в хлораторУправляемая задвижкаЭжекторВакуумпрерывательДатчик концентрации активного хлора в очищаемой воде/стокахДатчик пониженного давления в С1.1Датчик температуры жидкости в Э1Датчик максимального уровня жидкости в Б1Датчик минимального уровня жидкости в Б1Датчик максимального уровня жидкости в сепараторе С1.1Датчик минимального уровня жидкости в сепараторе С1.1Датчик максимального уровня жидкости в сепаратора С1.2Датчик минимального уровня жидкости в сепараторе С1.2Датчик максимального уровня жидкости в баке Б0Датчик минимального уровня жидкости в баке Б0Датчик давления в системе отвода водородаДатчик наличия водорода под потолком помещенияДатчик наличия хлора на полу помещенияПитание каждого хлоратора осуществляется от щита питания ~220/380 В, от которогопитаются насосы Н1.1, Н1.2, источник питания ИП1 и устройство управления УУ (в составкоторого входит контроллер и монитор).Для остановки ТП производства хлора САУ хлоратора прекращает электроснабжениеэлектролизера через ИП1 FLEX KRAFT 12V/1200A и останавливает насосы Н1.1 – Н1.2 типаВТ-МF 30-4 230V.
Далее осуществляется выключение входного автомата питания хлоратора.Ферратор предназначен для осуществления процесса электрохимического разложениягидроксида натрия (NaOH) с получением в качестве дезинфицирующего агента феррата натрия,а также водорода и кислорода в качестве побочных продуктов электролиза.Состав устройств, входящих в состав модуля для производства феррата (ферратор),приведен в таблице 3.2, а их функциональные взаимосвязи приведены на принципиальнойсхеме ферратора на рисунке 3.2.80Таблица 3.2 – Состав устройств, входящих в ферраторОбозначениеУУЭ2Б2Б3ИП2Н2.1Н2.2Д2.1Д2.2Д2.3.1Д2.3.2Д2.4.1Д2.4.2Д2.5.1Д2.5.2НаименованиеУстройство управленияФерратный электролизерЕмкость с раствором NaОНЕмкость с продуктом Na2FeO4Источник питания ферратораНасос для подачи анолита в ферраторНасос для подачи католита в ферраторДатчик проточный определения концентрации феррата в раствореДатчик температуры жидкости в Э2Датчик максимального уровня жидкости в Б2Датчик минимального уровня жидкости в Б2Датчик максимального уровня жидкости в камерах анода в Э2Датчик минимального уровня жидкости в камерах анода в Э2Датчик максимального уровня жидкости в камере катода в Э2Датчик минимального уровня жидкости в камере катода в Э2Из емкости Б2 щелочной раствор NaОН с концентрацией ~20% подается на вход насосаН2.2.
Далее насос подает щелочной раствор в нижнюю часть камеры катода электролизера Э2.Из камеры катода электролит подается на вход насоса Н2.1 и далее в камеры анода. Вэлектролизере Э2 при температуре 20…35С из камер анода ионы Na+ через катионообменнуюмембрану попадают в камеру катода, где незначительно (на 0,36 %/ч) повышаетсяконцентрация щелочи. В камерах анода под действием электрического тока происходитразрушение анодов и образование феррата (Na2FeO4). Для протекания реакции на электродыэлектролизера Э2 подается постоянный ток величиной до 750 А при напряжении до 3,5-4 В. Изверхней части анодного и катодного пространства обеспечивается выведение газообразныхпродуктов, собирающихся в верхней части анодных и катодных камер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
